基于AMESim的油气润滑递进式分配器特性的仿真与分析.pdf

第 1 1期 蔡阿利 等基于 A ME S i m的油气润滑递进式分配器特性的仿真与分析 1 4 7 在搭建仿真模型 的过程 中加入 了节流阀 ，用以调 节所需 的油液流量及压力 。节流阀的节流孔径根据实 际管道选择通径 6 m m，在研究 分配器 内部结 构和 黏 性摩擦系数对其工作特性的影响时，设置初始孔径为 0 ． 8 m m，最大信号输人为 5 0 ，初始信号输入为 3 0 ， 0～1 s内保持并循环，即节流阀出口压力保持在 1 ． 9 M P a 左右 ，流量为 0 ． 5 L ／ m i n 。 3仿真结果及分析 3 ． 1 递进式分配器递进式结构对其 工作特性 的影 响 图 3给 出了活塞 Ⅲ的力 一时间曲线。活塞 的左 右 腔交替供 油 ，因此活塞受力情况也相应变化 。以左 腔 进 油为例 ，右腔对活塞压力为负载压力与活塞右端面 积 之积 ，其值保持在 3 9 ． 2 5 N左右 。而左腔对活塞 压 力为进油压力与左端面积之积，可以看出该值随时间 变化有 明显 的波动 。图 4给出 了 3 个 活塞位移 一时间 曲线。可见 3 个活塞的运动并非一个活塞运动到底 后另一个活塞再运动，活塞运动时存在着重叠区域。 由图 4虚线 a处 ，活塞 Ⅲ未运动到端 部时活塞 Ⅱ 便 开 始 运动了 ；同理 ，在虚线 b 处 ，活塞 Ⅱ未运动 到端 部 时活塞 I 便开始运动。正是由于这一重叠 区域 的存 在 ，使得 活塞在连续受力时发生进油腔力波动 。 l 一 活 塞左 腔进 油给 活塞 的 力 2 一 活 塞右 腔进 油给 活 塞的 力 3． O 2． 0 g 1 ． 0 基 蠢 0 ．1 ． 0 ．2 ． 0 3． O 时 间／ s 图3 活塞Ⅲ力 一时间曲线型 时间／ s 图4 3个活塞位移 一时问曲线 图 5给 出了递进式分配器进出油 口流量 一时间曲 线。由图5可见分配器进油口处产生的流量波动与 出油 口处产生的流量波动相吻合 ，与活塞重叠运动有 关 。因此 ，重叠运动也对分配器进 出油 口流量产生了 影响。由于递进式分配器的结构原因，使得 3 个活塞 在运动时会产生一段时间的重叠 ，此重叠影响了分配 器动态特性 。 l 0 、 0 ． 8 ．鱼 目0 ． 6 ● 0． 4 蝴1 斌0 ．2 1 一 分配 器进 油 口流 量2 一 出油 口l 流 量 3 一 出油 口6 流 量4 ～ 出油 12 15 流 量 5 一 出油 口4 流 量 1 _ r - - 一 _T 一 ’ r’ 。。 厂 厂 厂 。广 r r r f 厂 厂 厂 厂 厂 r { r 厂 厂 厂 I 厂 厂 ￡ ， 一 1 l I l l I I I l I I l I I l I l I I 时 间， s 图 5 递进式分 配器进 出油 口流量 一时问曲线 3 ． 2 黏性摩擦 系数对递进式分配器工作特性 的影 响 仿真 中设 定 活塞 的黏性 摩擦 系数 B 分别 为 l 0 0 0 ，1 5 0 0 ，2 0 0 0 ，2 5 0 0 ，3 0 0 0 N s ／ m，节流 阀 按照初始时参 数设 置，仿真时间为 0 ． 5 s ，步长为 0 ． 0 0 0 1 s 。图6和图7分别给出了黏性摩擦系数分别 为1 0 0 0 ，1 5 0 0 ，2 0 0 0 ，2 5 0 0 ，3 0 0 0 N s ／ m时活塞 的位移 一时间曲线和 出油 口流量 一 时 间曲线 。 l 一 黏性 摩擦 系数 1 0 0 0 N s ／ m 2 一 黏 性摩 擦系 数 1 5 0 0 N s ／ m } ．黏性 摩擦 系数 2 0 0 0 N s ／ m 4 -- 黏 性摩 擦系 数 2 5 0 0N s ／ m 5 _ _ 黏性 摩擦 系数 3 0 0 0 N s ／ m 3 2 目1 宴 ． 1 ． _2 ．3． ．皇 鲁 二 爝 时 间， s 图6 不同黏性摩擦系数下活塞位移 一时间曲线 l 一 黏性 摩擦 系 数 1 0 0 0 N s ／ m 2 一 黏 性摩 擦 系数 1 5 0 0 N s ／ m 卜 黏性摩擦系数2 0 0 0 N s ／ m 4 一黏性摩擦系数 2 5 0 0 N s ／ m s 一 黏性 摩擦 系 数 3 0 0 0 N s ／ m O 0 ． 1 0 ． 2 0 ． 3 0 ． 4 0 ． 5 时 间『 s 图7 不同黏性摩擦系数下出油口流量 一时间曲线 由图 6可见 黏性 摩擦力的存 在对活塞 运动情 况 影响较大 。黏性摩擦系数越大 ，黏性摩擦力越大 ，活 塞 的动作越平缓 ，且在活塞 回程运动时 ，由于黏性摩 擦力的作用 ，活塞的动作会滞后。由图 7可见随着 黏性摩擦系数 的增加 ，出油 口的瞬时润滑油流量随之 变小 ，但出油 口出油时间增加 ，最大增加量为 0 ． 0 5 2 s ，且 出油 间歇加大 。 6 5 4 3 2 1 0 l 0 0 O O 0 0 0 1 4 8 机床与液压 第 4 2卷 3 ． 3 供油量和供油压力对递进式分配器工作特性 的影 响 调节节流阀的开 口可 以做到对流量 、压力 的控 制。节 流孔 通径 设 为 6 m m，设 定输 入 最 大信 号 s i g 6 0 0 0 ，这里的仿真信号主要用于控制节流阀 节流面积，不同的信号下计算得到的节流阀的各个参 数如表 2所示。由表 2可见，输入信号大于 1 5 0时除 节流面积外 ，其他仿真变量均达到相对稳定的值 ，故 选择输入信号为 1 5 0作参照。 表 2 节流阀输入信号与对应的仿真变量 图8给出了输入信号为 1 0 、1 5 、2 0 、3 0 、1 5 0时 的活塞位移 一时间曲线。图 9给出了输入信号为 5 0 、 8 0 、1 0 0 、1 2 0 、1 5 0时活塞位移 一时间曲线。 3 ． O 2 ． 0 g 1 ． 0 暑 蠢0 晕 ．1 ． O -2 ． 0 ．3 ． 0 3． 0 2． 0 日 1 ． 0 昌 蠢0 犁 一 1 ． 0 2 ． 0 ．3 ．O 1 一输入1 0 2 --输入1 5 3 一输入2 O ‘| 一输入3 0 5 一输入1 5 0 时 间／ s 图8 输入信号为 1 0 、1 5 、2 O 、3 0 、1 5 0 时活塞位移曲线 l 一 输入5 0 2 一 输 *s o 3 一 输 入l 0 0 4 一输入1 2 o s 一输入1 5 o o o ． 2 o ． 4 o ． 6 0 ． 8 1 ． 0 时 间， s 图9 输入信号为 5 0 、8 0 、1 0 0 、1 2 0 、1 5 0 时活塞位移 曲线 图 1 0 1 2给出了不同输入信号下分配器 出油 15I 流量、节流阀出口流量和压力曲线。 0 ． 7 O ． 6 O ． 5 O ． 4 0 ． 3 0 ． 2 爆 0 ． 1 0 ．0 ． 1 ．詈 目 ● 嘲 馕 图 1 0 分配器出油口流量曲线 l 一信号1 O 2 一信号1 5 卜 信号2 0 4 一信号3 0 5 一信号5 0 6 一信号8 O 7 一信号1 0 0 8 一信号1 2 0 9 一信号1 5 0 0 ． 4 0 ． 6 0 ． 8 1 ． 0 时间， s 节流阀出口流量曲线 n O 图 0 第 1 1 期 蔡阿利 等基于 A M E S i m的油气润滑递进式分配器特性的仿真与分析 1 4 9 0 0 ． Z u ．4 0 ． 6 0 ． 8 I ． 0 时 间／ s 图 1 2 节流阀出口压力曲线 由图 8可见 当输入信号为 1 O 、1 5 、2 0 、3 0时 与输入信号 1 5 0相比较，活塞的位移曲线有着明显不 同，输入信号越小活塞的运动周期越长，运动频率越 大；由图 1 0可见出油 口流量随着活塞位移变化也 有较大的变化，可以认为此时相应信号对应的节流效 果明显。因此 ，在此输入信号范围内，随着节流面积 的增大，活塞的位移变化频率增加 ，出油 口瞬时流量 明显增大。由图 1 1 和图 1 2可见 在这一范围内节流 阀出口流量及压力较为平稳。因此 ，节流面积在这一 范围内可以较为精确地对递进式分配器的工作状态进 行调节。由图 9可见当输入信号为 5 O 、8 0 、1 0 0 、 1 2 0时，虽然节流面积有明显变化，但活塞位移变化 及出油口流量曲线重合度较高 ，此时可以认为当输入 信号大于 5 0后 ，节流阀相应 的节流口对应的节流面 积对系统的节流效果较小 ，即对递进式分配器的动态 特性调节作用较小。 综上可以得到针对该种型号的节流阀，当输入 信号在 1 01 5 0变化时，1 s 内活塞的动作次数随着 输入信号的增加而增加，而供油频率亦随着活塞动作 频率的增加而增加，输入信号在 l 0～ 5 0范围内递进 式分配器的动态特性变化较大。输入信号达到 1 5 0 后，节流阀出口流量稳定在 0 ． 7 L ／ m i n ，且出口压力 也不再增加。此时 ，分配器 出油 口流量也稳 定在 0 ． 7 L ／ m i n ，且出油频率也保持稳定。 4结 论 在分析递进式分配器工作原理的基础上 ，利用 A ME S i m搭建了递进式分配器的仿真模型，对不同工 况下递进式分配器的动态特性进行了分析，得到了如 下结论 1 递进式分配器 3个活塞顺序运动时，当一 个活塞尚未完全运动到端部时，下一个活塞便开始动 作 ，此重叠运动会导致系统流量及压力的波动 。 2 随着黏性摩擦系数 的增加 ，活塞的运动趋 于滞后 ，系统出油口流量降低 ，但出油时间延长。合 理的黏性摩擦系数有助于系统出油稳定。 3 随着节流阀节流面积的增加，系统流量随 之增加 ，而流量、压力的不稳定性也随之增大；当节 流阀节流面积达到一定数值后 ，流量保持在一定值并 伴随着较大的波动。 4 分析了节流阀节流面积对分配器出油 口流 量的影响，为后续实现油气润滑系统的闭环控制提供 了重要参数。 参考文献 [ 1 ] 唐智敏． 油雾润滑和油气润滑[ c ] ／ ／ 中国机械工程学会 摩擦学分会润滑技术专业委员会第十届学术年会 南 宁会议 论文集， 2 0 0 6 3 43 8 ． [ 2 ] 周小明． 提高油气润滑使用效果的措施[ J ] ． 机床与液 压 ， 2 0 0 4 8 1 8 01 8 1 ． [ 3 ] 杨中和， 刘厚飞． T U R B O L U B油气润滑技术 五 [ J ] ． 润 滑与密封 ， 2 0 0 3 5 9 2 9 5 ． [ 4 ] 任忠星． 油气润滑技术在医疗器械轴承 中的应用 [ J ] ． 哈尔滨轴承， 2 0 0 9 3 5 4 5 6 ． [ 5 ] 李发宏． 油气润滑系统在加热炉辊道轴承润滑上的应用 [ J ] ． 莱钢科技， 2 0 1 0 2 4 1 4 4 ． [ 6 ]刘艳萍． 油气润滑技术及其在有色行业的应用[ J ] ． 有 色设备， 2 0 0 4 5 3 2 3 3 ． [ 7 ]MA R T H A L E R K e v i n J ． C o n v e r s i o n o f F i n i s h i n g R o l l S t a n d f r o m G r e a s e L u b fi c i o n t o O i l A i r [ C ] ／ ／ 2 0 0 7 I r o n＆S t e e l T e c h n o l o g y C o n f e r e n c e A I S T e c h 2 0 0 7 ， 2 0 0 8 3 23 5 ． [ 8 ]HO HN B - 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